Производство меди

Достигнутое потребление меди на мировом рынке в 2019 году составило 24,5 млн т, а за первое полугодие 2020 года оно равнялось 11,65 млн т. Однако несмотря на некоторую тенденцию снижения выпуска, цена на неё беспрерывно растёт. В период весна 2020 года – март 2021 года, стоимость металла удвоилась.

По подсчётам аналитиков, примерно половина выпускаемой меди уходит на нужды электротехнической отрасли, где всё большую роль начинают играть источники «зелёной» энергетики: установки в виде целого ряда электростанций, использующих возобновляемую энергию, электромобили, батареи, зарядные устройства и сопутствующей им инфраструктуры и атрибутики.

В долгосрочной перспективе следует ожидать значительного увеличения потребления меди, ставшей на сегодня одним из самых востребованных металлов современной экономики. Не исключено даже возникновение дефицита столь востребованного материала, подстёгиваемого резким увеличением спроса на него со стороны целого ряда стран азиатского региона. Уже сегодня 48% выпускаемой всем миром меди уходит в Китай, а 12% – в другие страны Азии. И это не считая Японию, потребляющую 4% производимого на планете объёма меди.

Медные руды

Для производства 1 т меди требуется свыше 200 т руды, так как содержание полезного компонента в сырье, как правило, составляет порядка 1-6%. В ход идёт даже руда, обладающая 0,5% искомого минерала. А уж говорить об использовании лома, содержащего в себе медь, просто не приходится. Неудивительно, что вопросы добывания цветмета, сдачи его в приёмные пункты и последующей переработки давно стали предметом оживлённых дискуссий специалистов и лиц, желающих на этом подзаработать.

Несмотря на то, что земная кора содержит в себе до 250 минералов, отличающихся присутствием в них меди, интерес в отношении промышленного освоения представляют из них лишь 20 – тех, которые имеют в своём составе от 22% до 100% меди. Отметим, что последнее возможно лишь в случае самородных месторождений, составляющих 1% общемировых запасов. Это интересно. Самый крупный из обнаруженных в природе медных самородков был найден на территории США. Вес его достигает 420 т.

В зависимости от структур своего залегания внутри геологических пород залежи меди подразделяются на:

• вкраплённые;
• массивные;
• сплошные текстуры.

Медь может пребывать в оксидной, сульфидной или смешанной форме. Вполне возможно, что список традиционных мест добычи данного цветного металла в ближайшее время пополнится месторождениями, разведанными под толщей морей и океанов, а также конкрециями, изъятыми из урановых залежей. А пока что её приходится извлекать посредством:

• разработки карьеров, позволяющих осуществить выход конечного продукта из первоначального сырья в соотношении 1:200;
• строительства шахт глубиной свыше 1 км, что хотя и является весьма затратным в финансовом отношении мероприятием, зато даёт возможность воспользоваться глубинными недрами Земли;
• бурения скважин, внутрь которых закачивается кислота или щёлочь, для того чтобы в последующем извлечь на поверхность полужидкую медесодержащую смесь.

Такими методами добываются имеющие практическое значение руды:

• железно-никелевые;
• медно-никелевые;
• медно-порфировые, обеспечивающие 40% мировой добычи;
• карбонатитовые;
• кварцево-сульфидные;
• самородные;
• скрановые.

А еще – медистые песчаники и сланцы. Их ценность заключается в том, что они содержат в себе некоторые из 20-и в среде 200-от представляющих ценность медесодержащих минералов, а именно:

• самородную медь – 88-100%;
• куприт – 88,8%;
• тенорит – 79,9%;
• хальзокин – 79,8%;
• ковеллин – 66,5%;
• борнит – 52-65%;
• атакамит – 59,5%;
• малахит – 57,4%;
• брошантит – 56,2%;
• азурит – 55,3%;
• блеклые руды – 22-53%;
• энаргит – 48,3%;
• хризоколлу – 32,8-40,3%;
• халькопирит – 34,5%; 
• кубанит – 22-24%.

Технологии получения меди из добываемых руд

Первые факты выплавки меди из малахитовой руды, не требующей предварительного обжига, известны с глубокой древности. Ещё в III тысячелетии до н. э. это делали жители Кипра. Возможно, закладывающие смесь руды и угля в глиняные горшки, содержимое которых они поджигали с целью выделения угарного газа, воды. В результате происходило восстановление малахита до свободной меди.

Столь примитивнейшая технология с тех далёких времён претерпела существенные изменения. И сегодня на вооружении металлургов имеется 3 способа получения меди:

• пирометаллургический;
• гидрометаллургический;
• электролиз.

Первый из вышеперечисленных методов, обеспечивающий почти 9/10 производимого металла включает в себя ряд последовательных процессов:

• Обогащение, в большинстве случаев выполняемое посредством флотации для повышения эффективности предваряемой магнитной сепарацией. Делается это для получения концентрата, содержащего в своём составе медь на уровне не менее 10% (иногда удаётся достичь на выходе и 35%). Суть флотации заключается во всплытии предварительно тщательно измельчённых и покрытых специальными реагентами частиц руды. Чтобы форсировать процесс, смесь продувают воздухом, в результате чего полезная часть всплывает, а бесполезная – опускается на дно. Затем собранная с поверхности пена отжимается и высушивается, чтобы быть использованной на следующем этапе технологической цепочки.
• Обжиг при температуре порядка 1400°C, выполняемый в обжиговых печах. Это позволяет частично окислить содержащиеся в концентрате сульфиды и удалить из него серу.
• Плавка на штейн. Это сплав железа и меди, получаемый в шахтных, отражательных или электродуговых печах при температуре 14 000° – 15 000° C.
• Бессемеровская плавка в конвертере. Процесс, сопровождающийся кислородной продувкой, обеспечивающей образование оксида, а затем и самой черновой меди. Компонента, отличающегося наличием 90-95% требуемого металла.
• Получение чистой меди посредством температурного и электролитического рафинирования, электролиза, восстановления с помощью водорода оксида меди в результате проводимой экзотермической реакции.

Второй способ – гидрометаллургический, применим для извлечения меди из руд, имеющих в своём составе очень низкую концентрацию требуемого минерала – в районе 0,5% (такое бывает при переработке полиметаллических руд). Исходное сырьё растворяют с помощью слабо концентрированной серной кислоты либо аммиака. Затем посредством реакции вытеснения, происходящей с присутствием железа, получают медь.

Чтобы иметь чистый металл, используют третий способ – электролизный. Суть его заключается в следующем: в ванну, заполненную медным купоросом, помещают чистые тонкие листы меди – катоды и толстые пластины черновой меди – аноды. Под воздействием электрического тока происходит оседание чистой меди на листовых катодах. С помощью ряда химических процессов образовавшиеся в ёмкости примеси удаляют.

Готовая продукция и сферы её применения

Получаемая в результате названных выше процессов медь ещё не является готовым товарным продуктом. Чтобы изготовить из неё нужные заготовки или слитки надлежащей формы, металл отправляют на плавку в печи отражательного или шахтного типов. Разогретая до жидкого состояния медь разливается в формы. Делается это для того, чтобы затем ей быть подвергнутой разного рода воздействиям, конечной целью которых является получение готовой продукции.

Благодаря целому набору особенностей, среди которых можно выделить великолепные механические свойства (пластичность, ковкость), сохранность и долговечность, высокую электро- и теплопроводность, возможность образовывать пользующиеся большим практическим спросом сплавы (бронза, латунь, мельхиор), способность уничтожать микробы, приятный цвет, металл находит очень широкое применение:

• В металлургии, где из неё изготавливают множество сплавов, а также прокат в виде листов, лент, плит, проволоки, прутков, шин.
• В машиностроении – использует для своих нужд высокопрочные сплавы, детали и твёрдые припои, изготовленные на основе меди.
• В электротехнике, что стало возможным благодаря высокому уровню проводимости химическим элементом электрического тока. Также она входит в состав химических источников тока и является материалом для изготовления высокотемпературных сверхпроводников.
• В энергетике – в качестве материала для труб, обеспечивающих потребителей всеми видами энергоносителей, специальными газами и водой.
• В архитектуре и декоративно-прикладном искусстве – благодаря наличию процесса автозатухания коррозии.
• В ювелирном деле, где она находит применение в чистом виде и в качестве одного из компонентов множества сплавов.

Сложившаяся рыночная конъектура пока что не благоприятствует увеличению добычи и росту выпуска пользующегося очень высоким спросом металла (пока что его вполне хватает), но даже в среднесрочной перспективе можно прогнозировать рост цен и резкое увеличение потребности меди. Это вполне может произойти при условии очередного оживления мировой экономики.